Угловые деформации

В предшествующем подразделе процесс образования остаточных поперечных пластических деформаций и поперечной усадки предполагался происходящим равномерно по всей толщине свариваемых пластин. На самом деле из-за более высокого разогрева металла в поверхностной части и меньшего разогрева обратной стороны поперечные деформации по толщине свариваемых пластин неодинаковы. У поверхности остаточные пластические деформации укорочения и поперечная усадка больше, чем с обратной стороны. В результате после сварки обе свариваемые половины выходят из плоскости, и между ними наблюдается некоторый угловой излом, называемый угловой деформацией.

Величина угловой деформации при сварке листового металла зависит от многих факторов и, прежде всего, от формы шва (разделки кромок). Чем меньше в поперечном сечении шва угол между линиями сплавления основного металла с металлом шва, тем меньше угловая деформация. Если бы в случае полного проплавления металла линии сплавления были параллельными (рис. 3.3, а), то угловая деформация была бы равна нулю.

Изображенные на рис. 3.3, б, в, г величины угловых деформаций β ₁ < β ₂ < β ₃.

Вследствие неодновременной заварки шва по всей длине происходит сложное силовое взаимодействие между отдельными участками шва, так как они находятся в разных фазах движения: холодные участки перед швом препятствуют искривлению пластин в тех зонах, где они нагреты неравномерно, и взаимному повороту их в зонах, где идет остывание и выравнивание температур. Пока не удалось получить удовлетворительного количественного описания этого процесса в целом. Существующие расчетные схемы являются качественными, их уточняют путем постановки экспериментов. Трудности состоят также в том, что на коротких и длинных швах экспериментальные результаты являются разными вследствие различного характера взаимодействия холодных, нагревающихся

Рис. 3.3

Расчетное определение величины β для коротких швов не является оправданным, так как результат может быть быстрее и точнее получен экспериментально. Поэтому ниже рассмотрим только случаи укладки длинных швов.

Рис. 3.4

Угол β появляется в результате неравномерного нагрева и усадки листа, к которому приваривается другой элемент. Этот случай по эффекту своего воздействия может быть приравнен к наплавке валика на лист, если принимать во внимание только то количество теплоты, которое попадет в нижний лист и участвует в образовании угла β.

Рис. 3.5

При малых проплавлениях увеличение β с ростом H/S объясняется уменьшением сопротивляющейся изгибу части толщины пластины. При глубоких проплавлениях обеспечивается сравнительно равномерный ввод теплоты по толщине, что приводит к уменьшению β при больших отношениях H/S.

Другой распространенный пример - это сварка втавр двумя однопроходными угловыми швами стенки 3 с полкой 4 (рис. 3.4, в). Угол β _Σ является суммой углов β ₁ (от неравномерной усадки листа 4 при сварке шва 1), β ₂ (от неравномерной усадке листа 4 при сварке шва 2) и β _ш (от усадки верхней части второго шва в направлении перпендикуляра к его гипотенузе):

.

Составляющая β _ш при сварке первого шва не возникает, так как усадка в направлении перпендикулярном к его гипотенузе вызывает поворот стенки 3. Разумеется, углы β ₂ и β _ш зависят в какой-то мере от катета первого шва к и толщины стенки s_c. В первом приближении угол β _Σ можно рассматривать как удвоенный угол β ₁. Влияние на величину β _Σ соотношения толщины полки s_n и катета к состоит в следующем. Примерно до значений катета, составляющих половину толщины полкиугол β _Σ тем больше, чем больше катет шва. Но один и тот же катет может быть выполнен при различных погонных энергиях сварки и, что более важно, при различном, количестве энергии, вводимой в лист, и разной глубине его проплавления, вследствие разной погонной энергии q_п._пр. идущей на проплавление. Поэтому имеется рассеяние результатов β _Σ при одном и том же отношении к/s_n. Для приближенных расчетов можно рекомендовать следующую зависимость:

.

При сварке соединений втавр (рис. 3.4, б, в) кроме угла грибовидности β возникает также поворот стенки и пояса относительно друг друга, обозначаемый буквой ω. При необходимости его определяют экспериментально.

Определение углов β для многослойных швов, как стыковых так и угловых, в ряде случаев также может оказаться необходимым. Однако многообразие типов разделок, порядка укладки швов и режимов сварки так велико, что делает практически невозможным применение расчетных методов. Более целесообразен экспериментальный путь подбора технологического варианта, исключающего появление значительного угла β.

При двусторонней сварке стыковых соединений (например, в случае X -образной разделки) окончательная угловая деформация обычно не равна нулю в связи с тем, что сварка второго шва происходит в условиях возросшей жесткости соединения в результате кристаллизации первого шва. По тем же причинам в случае сварки тавровых соединений углы загиба полки после укладки первого и второго швов различны.